KR20100038294A - 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템 및 작동 방법 - Google Patents

공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템 및 작동 방법 Download PDF

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KR20100038294A
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데이비드 엘. 킬리온
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메탈다인 비에스엠 엘엘씨
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Abstract

밀봉 클로저를 형성하는 것이 탄성적으로 압박되는 노즐-밀봉 부재를 구비하는 가변하는 노즐 영역 제트 펌프가 제공된다. 밀봉 부재는 정변위 유체 펌프의 입구로 초과한 유체를 다시 재순환하는 일반적인 논-패싱(non-passing) 압력 제어 밸브의 부분이다. 유체 압력이 초과되는 시작점 이후에 상승되는 압력으로 유체는 재순환된다. 공개된 시스템은 에너지 보존 및 펌프 공동화 속도 증가를 제공한다. 시스템은 엔진 밸런스 샤프트 모듈과 통합될 수 있으며, 이로 인해 하나 이상의 기어세트로 오일 펌프의 구동 토크를 적용함으로써 저속 기어 소음 방출을 하는데 있어 저비용의 확고함을 제공한다.

Description

공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템 및 작동 방법 {CAVITATION-DETERRING ENERGY-EFFICIENT FLUID PUMP SYSTEM AND METHOD OF OPERATION}
[출원과 연관된 상호 참조]
이 출원은, 본 명세서에 참조 문헌으로 전체로서 포함된, 발명의 명칭을 "에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템"으로 하는, 2007년 5월 3일에 출원된 미국 가출원 번호 60/927,484에 대한 우선권을 청구한 것이다.
[기술 분야]
본 발명은 일반적으로 엔진용 유체 펌프 시스템 또는 기타 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 정변위 유체 펌프(positive displacement fluid pump)의 공동화 속도(cavitation speed)를 저비용으로 증가시키는 것과 아울러, 제한된 패키징 공간(packaging space)을 제공하는 기구들에서 광범위한 작동 속도에 걸쳐서 유용한 전력 소비 감소를 제공하는 것에 관한 것이다.
광범위하게 변화하는 하중 조건 하에서 정변위 유체 펌프의 입구로 가압 된(pressurized) 재순환 흐름을 다시 전달함으로써 에너지를 보존하는 일반적인 논-패싱(non-passing) 압력 제어 밸브 기능을 구비한 조정 가능한 노즐 영역 제트 펌프의 이용은 종래 기술에서 알려져 있다. 오일 펌프의 구동 토크를 기어 이(gear tooth) 분리의 최소화에 적용함으로써 저비용으로 엔진 밸런스 샤프트 모듈의 타이밍 기어 소음 방출(timing gear noise emmision)을 줄이는 정변위 펌프의 이용도 알려져 있다. 이러한 엔진 밸런스 샤프트 모듈 적용 유형은 일반적으로 2배의 엔진 속도 밸런스 샤프트를 갖는 구동 연결에 의해 2배의 엔진 속도에서 펌프를 구동한다. 이러한 배열은 저속에서의 펌프 체적 효율과 필요한 펌프 패키징 공간 요구 모두의 견지에서 유익한 것이다. 그러나, 이러한 애플리케이션(application)은, 크기가 10배보다 더 큰(greater than an order of magnitude in breadth) 작동 속도 범위와 매우 저속의 흐름 체적(flow volume)에 대한 요구가 결합될 때, 상딩한 어려움을 겪게 된다. 이것은 감소된 공동화 속도를 일반적으로 겪게 되는 증가-변위 펌프(increased-displacement pump)에 기인한 것으로, 여기서 펌프 필링(pump filling)은 충분한 입구 통로 압력의 부족으로 인해 곤란을 겪는다. 이러한 결합에 대한 요구는, 계속적으로 향상된 엔진 성능에 대한 시장 요구와 함께 점차 만연되고 있다. 이러한 요구는 다양한 밸브 타이밍 및 증가된 피크(peak) 작동 속도와 같은 오일 흐름 저항-낮춤 특성을 갖는 엔진의 적용을 초래한다.
미사용(unused) 흐름 체적의 제트 펌프 재순환은, 정변위 펌프를 이용하는 고속 적용의 경우에 있어서, 펌프 공동화 속도를 증가시키고 전력 소비를 감소하기 위한 효율적인 수단으로 입증된 바 있다. 제트 펌프 재순환의 에너지 효율 이점은, 조정 가능한 노즐 제트 펌프의 효율-확장 특성에 의해, 낮은 부분의 작동 속도 범위로 확장 가능하다. 추가적으로, 일반적인 논-패싱 압력 제어 밸브 기능성을 조정 가능한 노즐 제트 펌프 안으로 통합함으로써, 분리된 흐름 제어 밸브의 제트의 상류 측에서의 펌프 압력 강하의 제거는 향상된 재순환 효율의 가능성을 제공한다. 그러나, 현재 기술 시스템은, 정변위 펌프의 입구 압력과 배출 압력 상이에서의 차이점에 대응하여, 일반적으로 상이한 밸브 수단을 요구한다. 이러한 배열은, 비용, 복잡함, 또는 패키징 공간 요구의 회피를 위하여 광범위한 속도에 걸쳐 기능을 하는 정변위 펌프를 요구하는 유체 펌프 시스템에서 공동화 속도와 최적의 에너지 효율의 원하는 기능성을 달성하는데 필요한 것보다 매우 더 많은 비용과 공간-소모가 있다. 일반적인 논-패싱 압력 제어 밸브 기능성을 갖는 다른 종래 기술로 조정 가능한 노즐 제트 펌프도 유사하게 상기 언급된 원하는 기능성을 달성하는데 필요한 것보다 매우 더 많은 비용과 복잡한 구조가 형성된다.
따라서, 현존하는 펌프 시스템은 의도된 목적에 대하여는 충분한 반면, 공동화 속도 및 일반적인 속도 범위 전력 소비 모두를 향상시키기 위한 더 간단하고 더 비용이 적게 들며, 더 적은 공간 요구-소비하는 유체 펌프 시스템의 필요성은 존재한다. 또한, 비용, 복잡함 및/또는 패킹징 공간 요구를 최소화하기 위하여 정변위 펌프는 광범위한 속도에 걸쳐 기능을 하는 것이 요구되는 적용에 있어서도 이러한 향상에 대한 요구가 있다.
정변위 펌프를 구비하는 펌프 시스템이 제공된다. 정변위 펌프는 입구 통로와 배출 통로를 구비한다. 또한 펌프 시스템은 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브를 포함한다. 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브는 제1 정변위 펌프 배출 통로와 유동적으로 커플링되는 공급 챔버를 포함한다. 공급 챔버는 시트 표면을 갖는 포트를 포함한다. 밀봉 표면과 몸체 부분을 구비하는 이동 가능한 밸브 부재는 조정 가능한 노즐 제트에 배열된다. 밀봉 부재는 제1 위치에 있을 때 시트 표면과 밀봉 접촉하여 배열된다. 몸체는 공급 챔버 내에 밀봉되어 배치되는 제1 면과, 대향하는 제2 면을 구비한다. 제1 면은 제1 표면 영역을 구비한다. 또한, 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브는 압박 부재와, 흡입 챔버 및 스로트 통로를 포함한다. 압박 부재는 제2 면에 커플링되어 배열된다. 흡입 챔버는 포트에 유동적으로 커플링된다. 스로트 통로는 흡입 챔버와 입구 통로에 유동적으로 커플링된다. 포트와, 흡입 챔버 및 스로트 통로는 입구 통로와 연속적인 일련의 유체 연결로 배열된다.
또한, 다른 실시예로 가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템이 제공된다. 펌프 시스템은 입구 통로와 배출 통로를 구비하는 제1 정변위 펌프를 포함하되, 배출 통로는 가변하는 소모성 부하에 커플링되어 배열된다. 배출 통로와 입구 통로 사이에 직접적이고 유동적으로 커플링되는 가변하는 노즐 개구 영역을 구비하는 제트 펌프 밸브가 제공된다. 또한, 제트 펌프 밸브는 배출 통로의 유체 압력과 같은 유체 압력에서의 변화에 직접적으로 대응하여 가변하는 노즐 개구의 영역을 변화시키는 수단을 포함한다. 제트 펌프 밸브는 가변하는 노즐 개구를 폐쇄하기 위해 부재를 바이어스하도록 배열되는 압박 부재를 포함한다. 또한, 제트 펌프 밸브는, 가변하는 노즐 개구 및 유체 저장소로부터 유체를 수용하도록 배열되고 가변하는 노즐 개구와 인접한 흡입 챔버를 포함한다. 스로트 통로는 제트 펌프 밸브에서 제공되고 흡입 챔버에 커플링된다. 또한, 스로트 통로는 저장소 및 가변하는 밸브 개구로부터 유체를 수용하도록 유동적으로 커플링된다. 스로트 통로는 입구 통로로 수용된 유체를 이송한다.
또한, 펌프 시스템을 작동하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 정변위 펌프로 유체를 가압하는 것을 포함한다. 유체는 배출 통로 안으로 배출되고 유체의 일 부분은 배출 통로로부터 밸브 공급 챔버 안으로 흐르게 된다. 압력은 밸브 몸체 면에 인가된다. 밸브 몸체는 밸브 공급 챔버에서 포트를 개방하도록 이동된다. 유체는 흡입 챔버 안으로 배출된다. 마지막으로, 스로트 통로 안으로 흡입 챔버를 가로질러 유체를 주입함으로써 변위 펌프로 입구에서의 유체 압력이 증가된다. 또한, 스로트 통로는 흡입 챔버에 의해 저장소로부터 유체를 수용한다.
또한, 밸런스 샤프트 조립체를 구비하는 내연 기관이 제공된다. 입구 통로 및 배출 통로를 구비하는 제1 정변위 펌프는 배출 통로가 밸런스 샤프트 조립체와 유동가능하게 커플링되도록 배열된다. 가변하는 노즐 개구 영역을 구비하는 제트 펌프 밸브가 제공되되, 가변하는 노즐 개구는 입구 통로와 배출 통로 사이에서 유동적으로 커플링된다. 제트 펌프 밸브는 배출 통로에서의 유체 압력의 변화에 직접적으로 대응하여 가변하는 노즐 개구의 영역을 변화시키는 수단을 포함한다. 또한, 제트 펌프 밸브는 가변하는 노즐 개구를 폐쇄하기 위해 부재를 바아어스하도록 배열되는 압박 부재를 포함한다. 흡입 챔버는 가변하는 노즐 개구 및 유체 저장소로부터 유체를 수용하도록 가변하는 노즐 개구와 인접하여 제트 펌프 밸브에 배열된다. 또한, 제트 펌프 밸브는 흡입 챔버에 커플링되는 스로트 통로를 포함한다. 스로트 통로는 저장소 및 가변하는 밸브 개구로부터 유체를 수용하도록 유동적으로 커플링되며, 입구 통로로 수용된 유체를 이송한다.
도 1은, 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 펌프 시스템의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는, 시스템 압력에 의해 정변위 펌프의 입구의 제트 펌프 가압에 대하여 이동되는 노즐 밀봉 부재를 갖는 도 1의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은, "프리-부스트(pre-boost) 작동 조건에서 스로트 제한" 쟁점을 우회하기 위해, 에너지 효율이 좋은 펌핑 시스템의 흐름 체적에 보충 펌프의 흐름 체적을 추가하는 보충 펌프의 대안적인 실시예를 구비하는 도 1의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 "바이패스 시작점" 위치에서 노즐 밀봉 부재를 갖는 도 3의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 "완전한 바이패스" 위치에서 노즐 밀봉 부재를 갖는 도 3의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 "프리-부스트 작동 조건에서 스로트 제한" 쟁점을 우회하는 배열의 대안적인 실시예를 갖는 도 1의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은, 노즐 밀봉 부재를 이동시키고, 부스트 압력을 시작시키거나, 또는 진공 규모에서의 감소, 스로트 내지 펌프의 입구 통로 또는 디퓨저에서의 감소를 시작시키는 시스템 압력에서, 도 6의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 여기서 체크 밸브 볼(check valve ball)은 시트된 것으로 도시된다.
도 8은 대안적인 실시예로 스로트-바이패싱 공급 통로에서 저비용, 낮은 질량, 및 진동이 강한 체크 밸브를 갖는 도 1의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 다른 대안적인 실시예로 스로트-바이패싱 공급 통로에서 체크 밸브 배열, 소위 리드 밸브 조립체 체크 밸브를 갖는 도 1의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 대안적인 실시예를 갖는 도 1의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 상기 대안적인 실시예에서, 분리된 원격 파일롯 압력 제어 통로를 통해 흐름 저항의 하류 측의 위치에서 시스템 압력을 제어하기 위하여, 노즐 공급 공동 밀봉 구획은 노즐 밀봉 부재의 밀봉되어 이동하는 압력 영역을 분리시킨다.
도 11은, 노즐 밀봉 부재와 노즐 공급 공동 밀봉 구획 사이에서 완전한 씰을 구비하는 도10의 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는, 대안적인 실시예로 제어 장치로서의 전자 액추에이터를 구비하는 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 상기 전자 액추에이터에 의해 시스템 전달 압력이 신호에 대응하여 전자적으로 제어될 수 있다.
도 13은 원격 파일롯과 전자 압력 제어의 결합을 갖는 펌프 시스템을 개략적 으로 도시한 것으로, 상기 결합에 의해 시스템 압력은 시작점 저항-하류 측의 압력 목표를 유지하는데 수동적으로 조종되며, 추가적으로 적극적으로도 조종될 수 있다.
도 14는 전자 압력 제어에 의해 노즐 씨링 부재의 직접적인 움직임을 제공하는 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 15는 누출을 막는 노즐 밀봉 부재를 갖는 도 1의 펌프 시스템을 도시한 것이다.
도 16은 대안적인 실시예로 누출을 막는 노즐 밀봉 부재를 구비하는 다른 대안적인 실시예로 펌프 시스템을 도시한 것이다.
도 17은 도 12의 제어 수단과 유사한 전자 제어 수단을 구비하는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템을 도시한 것이다.
도 18은, 동일한 정변위 펌프로 가설적 고속 압력 목표의 만족을 위해, 종래의 정변위 펌프 시스템과 예시적인 실시예에 대한 실험적 압력 곡선 사이의 그래프상 비교를 도시한 것이다.
도 19는 퍼센트 차이 곡선을 포함하여, 종래의 정변위 펌프 시스템과 예시적인 실시예에 대한 구동 시스템 전력 소비 사이의 그래프상 비교를 도시한 것이다.
도 20은 모듈의 밸런스 샤프트 조립체와 내연 기관이 커플링된 도 1의 펌프 시스템을 대략적으로 도시한 것이다.
조정 가능한 노즐 제트 펌프는 고정된 노즐 영역 제트 펌프와 비교하여 상당히 확장된 효율 범위에 있는 것으로 알려져 있다. 예시적인 실시예에서, 노즐 출구 흐름의 일정하게 고속은, 자동적으로 조정되는 다양한 노즐 영역 제트 펌프로 하여금 다양한 작동 조건의 경우에 있어서 더욱 또는 덜 연속적으로 이러한 수행 이점을 제공할 수 있도록 한다. 일반적인 비통과 압력(non-passing pressure) 제어 밸브 기능성을 조정 가능한 노즐-타입의 제트 펌프에 저비용으로 조밀하게 통합하는 예시적인 일 실시예에 의해, 추가적인 상당한 효율 범위 이점이 고정된 영역 비율의 제트 펌프-보조 정변위 펌핑 시스템에 걸쳐 얻게 된다.
예시적인 실시예는 이러한 간단하고 일반적인 비통과 압력 조정 가능한 제어 밸브(이하에서는, "제트 펌프 밸브" 또는 "JPV"로 언급됨.)를, 작동 시스템 압력이 기설정된 시작점을 초과할 때, 압력 인상 (또는 진공의 감소)를 갖는 정변위 펌프의 입구로 이용되지 않은 흐름 체적을 다시 계류하여 재순환하는데 이용한다. 예시적인 실시예에서 제공되는 통합은, 소위 "바이패스 밸브" 또는 "압력-경감 밸브", 이하에서 언급되는 "PRV", 노즐 공급 경로의 상류 부분(upstream)으로 습관적으로 초래되는 모든 흐름 에너지 손실들(flow energy losses)을 효율적으로 제거한다. JPV의 "압력 경감" 제한 자체는, 유용한 방향으로, 미사용 흐름 체적을 고속로 효과적으로 추진하기 위한 수단으로서 이용된다. 그러므로, 이러한 분리된 PRV의 제거는 고속로 노즐 흐름을 가속하는데 유용한 에너지를 증가시키며, 이로 인해 오늘날의 시스템 기술과 비교하여 감소된 비용으로 최대의 효율이 달성될 수 있다.
분리된 PRV의 제거는, 노즐 배출 흐름(nozzle discharge flow)의 연속적으로 높은 에너지에 의해, 연관된 노즐 배출 흐름의 시작과 기설정된 시작점 압력의 달성으로 즉시 시작하는 정변위 펌프의 입구 통로로의 압력 향상에 의한 에너지-절약 이점을 제공한다. 이것은 작동 조건 범위를 매우 향상시키며, 여기서 고정된 노즐 제트 펌프 재순환 시스템와 비교하여 유용한 효율 이점이 제공된다.
도 1을 참조하면, 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(10)의 예시적인 실시예가 도시된다. 도면에 도시된 화살표는 시스템(10)으로부터 및 시스템(10)으로의 유체 흐름의 방향 등을 나타낸다. 시스템(10)은, 제1 폐쇄 위치와 제2 완전 개방 위치 사이에서 연속적으로 이동 가능한 압력 제어 노즐 밀봉 부재(30)를 포함한다. 여기에서 이용된 바와 같이, "폐쇄" 및 "개방"이라는 용어는 밀봉의 범위를 언급한다. 노즐 밀봉 부재는, 방사형으로 내부에 인접하며 바람직하게는 제트 펌프 노즐의 길이 방향의 말단에 인접하여 축 대칭의 시트 영역(38)에 접촉하는, 노즐 밀봉 부재(30)의 축 대칭의 테이퍼된(tapered) 시트 영역(seat region, 34)을 포함한다. 시트 영역(38)은 노즐 공급 챔버(32)의 제1 단부에 형성된다. 노즐 밀봉 부재(30)의 제1 위치로부터 제2 위치를 향한 진행은, 탄성 압박 부재(44)에 의해 방해되고, 하나 이상의 반응 면(42)에서 동작하는 유체 압력에 의해 자극을 받는다. 노즐 밀봉 부재(30)의 시트 영역(34)의 환형 영역은 노즐 시트의 시트 영역(38)보다 더 큰 지름을 갖는다.
작동 동안에, 유체 압력의 기설정된 시작점은, 노즐을 개방하기 위해서 탄성 압박 부재(44)에 의해 주어진 기설정된 힘을 극복할 것이 요구된다. 이것은 본 발명의 유체 펌프 시스템(10)의 부하 대 배출(discharge-to-load) 부분의 압력에 걸 친 제어를 제공한다. 예시적인 실시예에서, 탄성 압박 부재(44)는 압축 스프링이다. 노즐 밀봉 부재는, 스프링(44)에 인접하고 시트 영역(34)에 대향하는 밸브 몸체 부분(40)을 포함하는 밀봉 이동 부분(36)을 포함한다. 몸체(40)의 스프링 측면은 몸체(40)의 내부에 포획된 체적(volume, 46)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 스프링(44)은 체적(46)와 챔버(50) 내에 배치된다. 체적(46)와 챔버(50)는 여기에서 "스프링 포켓" 또는 댐핑 챔버(54)로 총체적으로 언급된다.
예시적인 실시예에서, 챔버(54)는, 공기의 탈출을 허용하도록 배치되는 하나 이상의 댐핑 오리피스(48)를 통해 대기압으로 벤트(vent)된다. 일 실시예에서, 댐핑 오리피스(48)는, 노즐 밀봉 부재(30)의 진행의 변위(displacement)보다 더 큰 체적을 구비하는 댐핑 오리피스 오일 저장소(52)(도 10 내지 도 14)와 소통된다. 그러므로, 스프링 포켓(54)이 실질적으로 공기로 정화되고 댐핑 오리피스 저장소가 오일로 채워진 이후에, 노즐 밀봉 부재(30)의 신속한 움직임은 댐핑 오리피스(48)에서 오일 점성에 의해 저항을 받는다. 노즐 밀봉 부재(30)의 댐핑 운동 결과는, 정변위 펌프 고유의 "리플(ripple)"에 비하여 부드러운 시스템 압력을 제공하고, 공진(resonance)을 나타내는 스프링과 질량(mass)을 포함하는 구조에 대한 경향을 제공한다. 대기압으로의 벤팅(venting)은 압박 부재(44)로부터의 힘에 의해 시스템 압력이 제어되는 것이 가능하도록 한다. 댐핑 오리피스(48)의 흐름 저항 특성은, 노즐 공급 챔버(32)로부터 스프링 포켓(54)까지의 누출 흐름이, 스프링 포켓(54)에서의 압력 구축(buildup) 없이, 저장소로 배출되도록 할 수 있다. 노즐 밀봉 부재(30)의 운동은, 예를 들어 지나치게 높은 일시적인 시스템 압력을 회피하기 위하 여 차가운 시작 조건 하에서와 같이, 충분히 신속하게 되는 것을 허용한다.
예시적인 실시예에서, 부재 몸체 부분(40)과 챔버(50)는 실린더 형상이다. 그러므로, 몸체 부분(40)과 챔버(50)는 피스톤과 실린더 배열을 형성한다. 그러나, 청구된 본 발명의 관점으로부터 벗어나지 않고, 몸체 부분(40) 및 대응하는 챔버(50)의 형상은 대체될 수 있으며, 노즐 공급 챔버에 대하여 밀봉 이동의 대안적인 수단이 제공될 수 있다.
노즐 밀봉 부재(30)는 노즐 공급 챔버(32)의 제2 단부에 대하여 밀봉되게 이동 가능하며, 노즐 시트(38)에 대향하여 배치된다. 이것은 유체 압력이 노즐 밀봉 부재(30) 상에서 작용하는 것을 허용한다. 노즐 공급 챔버(32) 내에서의 유체 압력이 제1 시작점 이하일 때, 밀봉 부재 시트 영역(34)은 노즐 시트(38)에 접촉한다. 저속에서 씰(seal)을 유지함으로써, 일반적으로 지로터 펌프(gerotor pump)로 알려진 내부 팁 밀봉 로터 펌프와 같은 정변위 유체 펌프(70)의 배출 통로(72)에서 원하는 유체 압력이 유지된다. 일 실시예에서, 이러한 밀봉 이동은 전술한 피스톤 및 실린더 배열에 의하여 제공될 수 있으나, 실시예에 있어서 밀봉은 완전하여야 하거나 또는 적어도 상대적으로 누설되지 않아야 하며, 격막(diaphragm) 또는 벨로우즈-유형의(bellows-type) 격막 기구와 같은 밀봉 이동의 대안적인 수단이 이용될 수 있다. 그러므로, 노즐 밀봉 부재(30)와 시스템 압력은, 유체 압력의 기설정된 시작점을 초과한 이후에 배출 통로(72)로부터의 유체의 점성과 재순환 흐름 속도에 응답하여 자동적으로 조정된다. 따라서, 노즐 밀봉 부재(30)는, 복잡함, 크기, 및 비용에서의 유리한 감소와 함께, 입구 압력 또는 그것의 부족에 독립적이다.
도 2의 부분적으로 개방된 JPV에 의해 도시된 바와 같이, 인접한 스로트 입구 전이 영역(62)을 구비하는 제트 펌프 스로트 통로(60)와 노즐 사이의 흡입 챔버(56) 또는 환형 갭(gap)을 가로질러, 노즐 밀봉 부재(30)와 노즐 시트(38) 사이의 선대칭으로 가변하는 개구 구역에 의해, JPV 노즐 배출 흐름은 일정하게 고속에서 배향된다(be directed). 또한, 이러한 흡입 챔버(56) 영역에 있어서, "스로트 공급 통로"라고 언급되는 업테이크(uptake) 공급 통로(66)에 의하여 스로트 통로(60)가 제공된다.
연료통(64)으로부터 유체는, 흡입 챔버 영역 안으로 유입(draw)되며 노즐 배출 흐름 스트림을 향해 어덕트(adduct)되고, 스로트 입구 전이 영역 안으로 유입되고, 이후에는 제트 펌프 작동의 특성과 같이 2개의 흐름이 합쳐져 운동량이 평균되는 스로트 자체로 유입된다. 제트 펌프 노즐이 개방되고 제트 펌프 스로트(60)로 가압된 오일이 고속로 전달될 때, 정변위 펌프의 입구 통로(68)로 유체 압력이 적용되도록, 제트 펌프 스로트 통로(60)는 정변위 오일 펌프(70)로 입구 통로(68)와 유체 소통된다. 양 변위 펌프의 입구(68)의 가압은 소위 “유압의 언로딩(hydraulic unloading)”을 통해, 즉 정변위 펌프의 입구(68)와 배출 통로(72) 사이의 압력 차이의 감소를 통해, 구동 에너지를 절약하는 이점이 있다. 또한, 공동 현상의 감소로, 즉 입구 통로의 상승된 유체 압력을 동기화하는 향상된 펌프 필링(pump filling)을 통해 정변위 펌프의 선-공동 현상 작동 속도를 증가시켜, 추가적인 이점을 얻는다. 정지 속도와 같은 작동 조건, 특히 뜨거운 오일을 갖는 작동 조건에서, 시스템 압력이 JPV를 개방하는데 필요한 시작점 아래에 있을 때, 제트 펌프의 스로트 공급 통로(66)와 스로트 입구 전이 영역(62)을 통해, 그 후에 스로트 통로(60) 자체를 통해, 제트 펌프 밸브의 유체 주입과 이에 따른 압력 증가의 제공 없이, 정변위 펌프(70)는 연료통(64)으로부터 정변위 펌프의 입구 흐름을 드로우한다.
정변위 펌프의 배출 통로(72)는 소모성 로드(74)와 JPV 노즐 공급 통로(76) 모두를 가진 전속된 유체 소통(captive fluid communication) 안에 있다. 이것은, JPV 노즐 공급 통로(76), 노즐 공급 챔버(32)와, 노즐(38) 및 스로트(60) 통해 그리고 이후에 다시 펌프의 입구 통로(68)를 통해, 재순환 회로가 펌프의 배출 통로(72)로부터 형성되는 것을 허용한다. 이러한 유체 회로는 미사용 펌프의 출력 흐름 체적을 압력 하에서 강제적으로 다시 펌프의 입구(68)로 공급한다. 그러므로, 유체 회로는, 펌프의 요구되는 유압 일(hydraulic work)에 관하여, 미사용 흐름 체적의 많은 압력 에너지를 효과적으로 "재순환"한다. 예시적인 실시예는, 스로트와 펌프 입구 사이에서 정적인 압력의 증가로 속도 압력의 회복을 위해, JPV 스로트의 하류 부분에 적당하게 비례하는 디퓨저(78)를 포함할 수 있다. 그러나, 단축된 디퓨저 또는 디퓨저가 없는 것도 청구된 본 발명의 관점에 포함될 수 있다.
JPV의 노즐 공급 챔버의 패키징 흐름-효율적인 구조에 대한 공간적인 요구는, 시트 부분(34)와 밀봉되어 이동 가능한 부분 또는 몸체 부분(40) 사이에서 JPV의 밀봉되어 이동 가능한 인터페이스의 측면-로딩(side-loading)을 따라, 최소화되는 것이 바람직하다. 이러한 배열에서, 흐름 속도를 국부적으로 감소시기기 위하여, 노즐 공급 챔버(32)에서 노즐 공급 흐름 영역은 국부적으로 증가되며, 이로 인 해 들어오는 노즐 공급 흐름 속도에 노출된 영역도 감소된다. 이러한 영역과 흐름 속도의 차이는, 흐름 충돌로 인한 노즐 밀봉 부재(30) 상의 측면-로딩의 감소를 초래하며, 이로 인해 결론적으로 마모가 감소될 것이다.
이러한 실시예들은 노즐 제트 펌프의 효율 이익 및 분리된 흐름 제어 밸브 전반에 걸친 압력 손실의 제거에 의해 효율에 대한 이점을 제공하는 반면, 일부 적용 조건이 프리-부스트(pre-boost) 작동 조건에서 스로트 흐름 제한을 회피하기 위한 조치가 필요할 것이다. “크래킹(cracking)” 또는 재순환 흐름의 시작 전에 상대적으로 높은 시스템 압력을 구체화하는 JPV 적용(이하에서는, “높은 JPV 크래킹 압력 시스템”이라고 함)의 경우에, 노즐 배출의 개시 전에 단독으로 대기압 하에서 전체 입구 흐름 체적을 통과시키도록, 제트 펌프의 스로트 영역은 부스트 효율에 대하여 최적화된 것보다 커야 할 필요가 있을 수 있다.
이러한 효율 제한에 근거한 스로트 크기는, 일부 작동 환경 하에서 개별적인 정변위 펌프의 초크(choke)를 회피하기 위해 필요한 오버사이즈된(oversized) 제트 펌프 스로트로 인해, 현재 기술 분야의 고정된 노즐 영역 단일 펌프 시스템을 매우 비효율적으로 하게 한다. 또한, 효율 제한에 근거한 스로트 크기는, 고정된 노즐 영역 제트 펌프로부터 노즐 배출 속도의 의존 이익을 달성하기 필요한 상당한 재순환 흐름 체적으로 인해, 현재 기술 분야의 고정된 노즐 영역 단일 펌프 시스템을 추가적으로 매우 비효율적으로 하게 한다.
높은 JPV 크래킹 압력 시스템의 경우에, 제트 펌프의 스로트가 시스템 흐름 체적의 전체보다 작게 전해지는 것을 허용될 수 있도록 하는 것에 의해, 작동 조건 의 넓은 범위에 걸쳐 최대 시스템 효율이 달성될 것이다. 이것은 스로트가 프리 부스트 흐름 속도 제한을 고려하는 것보다 더 효율적인 크기를 갖게 되는 것을 허용한다. 2개의 대안적인 실시예는 이러한 “프리-부스트 작동 조건에서 스로트 제한”의 쟁점을 우회하는 수단을 제공하며, 이로 인해 최적의 JPV 스로트 크기를 갖게 될 수 있다. 제1 실시예는, 공급 통로가 JPV 스로트 영역과 분리되고 독립된 보충 정변위 펌프에 대하여 전술한 바와 같이, JPV 재순환 회로 배열을 갖는 단일 정변위 펌프의 평행 결합을 제공한다. 제2 실시예는, 제트 펌프의 스로트와 정변위 펌프의 입구(68) 사이에서 JVC 스로트(60)의 하류 부분에서의 추가적인 입구 공급 흐름 용량의 도입을 제공하며, 이후에 “스로트 대 펌프 입구 통로”는, 하나 이상의 일-방향 체크 밸브를 통해, 입구 체적을 충분히 소형화할 필요가 있는 낮은 압력 강하 특성 및 높은 흐름 용량을 제공하고, 따라서 공동 현상을 회피한다.
보충된 정변위 펌프를 포함하는 제1 실시예의 경우에, 도 3에 도시된 바와 같은 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(12)을 참조하면, 보충 펌프 입구 통로(82)를 통한 연료통(64)로부터 보충 펌프(80)로의 흐름 체적이 보충 펌프 배출 경로(84)를 통해 하중(74)으로 배출되는 것은 작동 속도를 감소하도록 작동하고, 이 속도에서 이용되지 않는 오일은 JPV를 "파워(power)"하는데 이용 가능하게 되며, 따라서 임계 속도를 낮추고, 이러한 속도에 대해 제트 펌프 스로트 경로(60)의 크기가 설정되며, 종래 기술의 단일 펌프 시스템의 최적보다 스로트 크기가 크다는 효율에 있어서의 장점을 갖는다. 이러한 예시적인 이중 펌프 실시예에서, 또한 JPV는, 노즐 밀봉 부재(30)이 완전히 개방된 제2 위치에 도달하기 전에 개방하는 통합 압력 경감 또는 “바이패스” 포트(86)와 통합될 수 있다. 이는 보충 펌프의 흐름 체적에 대한 추가적인 흐름 노선을 허용한다. 이러한 추가적인 흐름 노선은, 차갑거나 “무의미한(deadhead)” 흐름 제한 조건에서, 또는 예를 들어 오일 필터의 that, 과가압된 씰과 같은 쟁점을 회피하기 위하여 작동할 때, 유리할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 원형 단면 노즐 밀봉 부재의 테이퍼된 밀봉 부분의 밀봉 영역(34)과 공급 챔버(32)의 노즐 부분에서의 원뿔형의 시트 영역(38) 사이에서의 동심의(concentric) 위치를 유지하는 실린더형 밸브 보올(88)의 벽에 하나 이상의 개구 또는 포트에 통합된 바이패스 포트(86)가 형성된다. 노즐 밀봉 부재(30)의 진행 범위의 높은 압력 단부에서 오직 개방되도록, 바이패스 포트(86)는 배치된다. 예시적인 목적으로, 밀봉 부분(34)과 시트 영역(38)이 특정 원뿔형의 형상을 구비하는 것으로 설명되나, 예를 들어 오목형, 볼록형, 또는 구형 표면과 같은 다른 형상의 유형도 청구된 본 발명의 의도된 범위로부터 벗어나지 않는다면 이용될 수 있다.
도 4는 바이패스 시작점 위치에서 노즐 밀봉 부재(30)를 갖는 도 3에 도시된 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(12)을 개략적으로 도시한 것으로, 상기 바이패스 시작점 위치에서, 제1 폐쇄 위치로부터 제2 개방 위치를 향하는 추가적인 변위(displacement)는, 유체가 바이패스 포트(74)를 통해 빠져나가고 저장소(64) 또는 대안적으로 스로트 공급 통로(66)로 되돌아오는 것을 가능하게 할 것이다.
도 5는, 바이패스 포트(74)에서 바이패스 흐름이 가능하도록 하는 제2 완전 개방 위치에서, 노즐 밀봉 부재(30)를 갖는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 주어진 시스템에서 이러한 압력 경감 기능성의 필요는, 보충 펌프의 흐름 부피의 미사용 부분이 JPV 노즐을 통해 빠져나갈 수 있도록 하여, 시스템 압력 상에서 기술적 설계 제한을 초과하지 않고 스로트 공급 경로를 벗어나 뒤쪽 흐름을 발생하기 때문에, 확실하지 않다.
높은 JPV 크래킹 압력 시스템에서 JPV 스로트(60)를 통과하기 위하여 완전한 시스템 공급 흐름 체적을 구비하는 것을 회피하기 위한 다른 실시예는 도 6 내지 도9에 도시된다. 이러한 실시예들은, 스로트 대 펌프 입구 통로의 가압 이전에 필요한 정변위 펌프(70)으로의 보충적인 흡입 흐름(즉, JPV 스로트를 통과하는 흐름의 추가)을 제공하는데 이용될 수 있는 하나 이상의 일-방향(또는 체크) 밸브(들)을 구비한다. 제트 펌프 동작의 시작에 의한 정변위 펌프의 입구(68) 통로의 가압 이후에, 일-방향 밸브는 “유압 언로딩(hydraulic unloading)” 에너지 절약과 공동화 속도 증가를 위한 가압을 유지하기 위하여 자동적으로 폐쇄된다.
도 6은, 높은 JPV 크래킹 압력 단일 펌프 시스템에서 최적의 스로트 크기 설정이 가능한, 즉 예를 들어 연료통(64)으로부터 드로우하는 입구(96) 및 JPV 스로트(60)의 하류 측으로의 공급 흐름 유입을 위한 스로트 대 펌프 입구 통로(78)로 배출하는 출구(89)를 구비하는 볼-유형의 체크 밸브(90)와 같은 하나 이상의 일-방향 체크 밸브 입구 바이패스 통로를 추가하는, 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(14)을 개략적으로 도시한다. 이러한 형상에서 시스템 압력은 아직 JPV를 개방하지 않으며, 펌프의 입구 흐름 속도는, 체크 밸브(90)를 통한 흐름 없이, 최적으로 크기가 설정된 제트 펌프의 스로트(60)을 통한 흐름 속도가, 펌프(70)에서의 때이른(premature) 공동 현상을 야기하도록 스로트(60)를 가로질러 실질적으로 충분한 압력 강하를 생성하기에 충분히 높을 수 있는 것과 같다. 제트 펌프의 스로트 경로(60)를 우회(bypass)하도록 낮은 저항 입구 흐름을 제공하고, 이로 인해 정변위 폄프의 입구 통로(68)의 진공 크기를 감소하며, JPV의 개방에 앞선 시간에서 때이른 펌프 공동 현상을 회피하기 위해서, 볼(ball, 92)은 밸브 시트(94) 위에 상승된 또는 개방된 위치에 제시된다.
도 7은, JPV 개방 이후에 입구 상습 압력의 감소에 저항하기 위해서, 시트된 또는 폐쇄된 위치에서의 볼(92)을 갖는 동일한 시스템을 도시한다. 이러한 볼-유형의 체크 밸브는 스프링 보조가 있는 경우와 없는 경우 모두에 있어 유용하며, 스프링 보자가 없느 경우는 도 7에 도시된 바와 같이 볼을 시트하는데 중력을 이용한다. 일반적으로 적당한 밀봉 수행 이상을 제공하는 한편, 이러한 밸브 유형에서 종래의 고체 볼의 채용은, 밸런스 샤프트 모듈(balance shaft module)과 같은 높은 진동의 적용에 있어서, 활동적인 진동에 직면할 때 고체 볼의 질량과 연관된 상당한 관성력 때문에, 적당한 것이 아닐 수 있다. 정변위 펌프의 스로트 대 펌프 입구 통로를 갖는 체크 밸브로 된 공급 통로의 결합의 위치 및 형상은 흐름 저항이 최소화되도록 배열되는 한편, 예를 들어 병합(merging)을 보호하는 코안다 효과(Coanda effect)의 이용과 같은 디퓨저 기능성의 최소 중단을 의미한다.
도 8은, 저비용, 낮은 질량과, 실질적으로 컵 형상의 단면을 포함하는 컵 형상의 밸브 부재(102)를 구비하는 밸브의 진동 저항 유형을 이용하며, 스로트-바이 패싱 공급 통로(96)에서 제2 대안적인 실시예로 일-방향 체크 밸브(100)를 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(16)을 도시한 것이다. 컵 형상의 밸브 부재(102)는, 컵 형상의 밸브 부재(102)의 바닥 영역의 마모 저항 배치를 위하여, 컵 파이롯팅(piloting) 스프링 시트 부재(104) 슬라이딩되게 체결하는 측면을 구비한다. 이는 입구 바이패스 통로(96)의 실질적으로 평면인 페러미터 밀봉 표면(perimeter sealing surface, 106)의 일-방향 밀봉을 위해 제공된다. 선택적인 컵 형상의 밸브 부재의 압박 부재 또는 스프링(108)은, 특정한 적용에 의해 필요할 때, 바이패스 흐름의 큰 저항 없이, 폐쇄 또는 중력 방향으로 서서히 컵 형상의 밸브 부재(102)를 압박하여 중력을 원조할 수 있다. 이러한 밸브(100) 구성의 스프링 비율과 할당은 매우 낮은 압력 강하에서 매우 높은 흐름 용량을 제공하도록 맞추어질 수 있다. 컵 형상의 밸브 부재(102)의 측면은 원주면을 따라 연속적일 수 있거나, 또는 컵 파이롯팅 스프링 시트 부재(104)와 상호 작용하여 방사형 배치 기능으로부터 벗어나지 아니한 채로 중단될 수도 있다.
도 9는 스로트 바이패싱 공급 통로(96)에 배치되는 소위 리드 밸브 조립체 체크 밸브(reed valve assembly check valve, 110)를 구비하는 제3의 대안적인 실시예로 체크 밸브된 입구 바이패스를 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(18)을 도시한다. 이러한 종류의 복합적인 리드 조립체(110)는 높은 성능의 2-행정 기관의 흡입 포트에서 이용되며, 상대적으로 낮은 압력 강하를 수반하는 높은 흐름 용량을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 리드 밸브(112)는, 리드 진행 스톱(reed travel stop, 116)도 포함할 수 있는 밀봉 리드 프레임 부 재(114)에 밀봉되어 장착된다. 스톱(116)은, 밸브의 개방의 범위를 포함하여, 리드 밸브(112)에 대한 운동 제어를 제공한다.
일부 적용에 있어서, JPV를 개방하는데 필요한 파일롯 압력(pilot pressure)의 기설정된 시작점은 상대적으로 낮게 되는 것이 허용된다. 이러한 적용에 있어서, 입구 가압의 시작에 앞서 스로트 흐름 체적도 적당하게 낮게 된다. 그러므로 스로트 초킹 쟁점과 상기 쟁점을 회피할 필요성은 부적절할 것이다. 이러한 경우에 에너지 절약은 최대화되며, 이는 엔진의 뜨거운 정지된 흐름 요구를 완전히 충족시킨 이후에, RPM와 함께 오직 엔진 시스템 압력에서의 점차적인 증가가 크랭크샤프트 오일 통로에서 오일에 동작하는 증가된 구심력을 극복하기 위해 필요로 되기 때문이다. 이러한 점차적인 증가 이상은 일반적으로 기본적인 엔진 시스템 실행에 대하여 불필요하다. 그러므로, 이러한 기본적인 시스템 실행을 보장하기 위해 필요로 되는 것을 넘은 압력, 펌프 유압의 로딩, 및 구동 토크에서의 증가의 상승은, 엔진 실행에 기여함으로써 구동 토크 증가를 더 보상할 수 있는 소비적인 하중 장치에 의해 정당화되는 것을 제외하고는, 낭비된 에너지로 나타낼 수 있다.
이하, 도 10을 참조하면, 대체적인 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(20)이 도시된다. 이 경우에, 오일 필터를 가로지른 압력 강하 및/또는 다른 소비적인 하중 흐름 저항은, JPV에 의해 조종되는 시스템 전달 압력과 이러한 저항의 하류 측으로의 시스템 압력 사이에서 원하는 것보다 많은 편차를 갖도록 고려되며, 노즐 공급 챔버 밀봉 구획(118)을 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(20)의 유입이 제공된다. 이러한 노즐 공급 챔버 밀 봉 구획(118)은, 노즐 밀봉 부재(30)의 시트(34)와 그것의 몸체 부분(40) 사이에 배열되는 실린더형 노즐 밀봉 부재 짖지부(120)의 밀봉 이동성을 허용한다. 노즐 공급 밀봉 구획(118)은 노즐 공급 챔버(32)로부터 노즐 밀봉 부재(30)의 밀봉 가능한 이동 압력 반응 면 영역(42)을 분리한다. 이는 파일롯 압력 챔버(122)로 면(42)의 노출을 허용한다. 파일롯 압력 챔버(122)는 배출 통로(72)로부터의 유체 압력보다 저항 파일롯 압력(124)의 하류 측으로 면(42)의 노출을 제공한다. 저항 파일롯 압력(124)의 하류 측은 예를 들어 필터 시스템 흐름 저항의 엔진 오일 갤러리 하류 측(oil gallery downstream)에 의하여 나타내질 수 있다. 노즐 밀봉 부재(30)를 가동시키기 위한 파일롯 압력 챔버(122)의 이용은 “원격 파일롯(remote pilot)” 제어로서 언급될 수 있다.
공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템은, 펌프 구동 토크가 비용 효율이 좋은 구동 시스템 소음 제어 시너지를 제공함에도 불구하고, 패키징 공간 압박(packaging space constraint)은 보다 복잡한 가변-변위 펌프 구조의 이용을 금지하는 란체스터(Lanchester) 유형의 밸런스 샤프트 모듈과 같이, 엔진 적용(engine application)으로 통합될 때, 유리하다. 정변위 펌프(70), 디퓨저(66), 및 JPV와 같이, 여기서 공개된 실시예들은 유체 회로 “체인(chain)”을 형성한다. 이러한 체인은, 모든 주요 요소의 기계적인 접근을 요구하는 실질적으로 보다 복잡한 가변-변위 펌프 구조와 비교하여, 상당한 패키징 적응성(packaging flexibility)을 제공한다.
그러므로 하나 이상의 실시예는, 최소 비용에서 기어 소음 방출의 제어를 위 해 밸런스 샤프트 / 오일 펌프 기구 (도 19)를 형성하는 하나 이상의 엔진 밸런싱 샤프트(engine balancing shaft)를 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템을 결합시킨다. 이러한 밸런스 샤프트 / 오일 펌프 모듈은, 유용한 패키징 공간에 의해 일반적으로 매우 강하게 압박되는데, 이는 밸런스 샤프트 / 오일 펌프 모듈이 엔진의 크랭크샤프트 아래에서 일반적으로 하우징되어서 유용한 공간을 위해 오일 팬 또는 습한 연료통에서 엔진의 오일 체적과 경합되기 때문이며, 오일 높이는 회전하는 크랭크샤프트 및 그 연결 로드(rod)의 높이 아래에 머무는 것이 필요하고, 이에 의해 필요없는 오일 에어레이션(oil aeration), 오일 가열, 및 전력 소비를 회피한다. 제트 펌프의 일반적으로 가장 큰 지름 형상, 즉 흡입 챔버의 패키징 흐름 효율이 좋은 구조에 대한 공간적 요구는, 스로트(60)에 접근하는 방사형의 내측 어덕션 흐름(adduction flow)의 부드러운 가속에 대한 이점을 가져오는 기능이다. 이것은, 어덕션 흐름이 스로트 입구 전이 영역을 지나서 스로트 통로 자체 안으로 들어갈 때, 노즐 배출 흐름과 흡입 챔버 흐름 사이에 가장 효율적인 에너지 전달을 위한 실질적으로 선대칭의 어덕션 흐름 패턴을 구축하기 위해, 종래부터 상당히 중요하며, 이는 직경-방향이다.
도 10은 컴팩트한 패키징을 설치하기 위하여 흡입 챔버의 직경을 최소화하는 실시예를 도시한 것이다. 이러한 실시예에서, 스로트 공급 통로(66)는 스로트 입구 혼(throat entry horn)의 뒤편에서 (즉, 흡입 챔버로부터 떨어져서) 넥-다운된 영역(necked-down region, 126)에 인접하여 배치된다. 스로트 통로(60)은 스로트 입구 전이 영역을 포함하며, 이로 인해 실질적으로 동일한 축 방향의 흐름이 혼의 페 러미터(perimeter)를 공급할 수 있다. 이러한 영역(62)에서의 흐름은, 스로트 공급 통로(66) 흐름 속도로부터의 “크로스윈드(crosswind)”로부터 실질적으로 자유롭다. 스로트 통로(60)를 외접하는 넥-다운된 영역은 스로트 공급 통로(66)로부터 흐름의 속도를 낮춘다. 이는 스로트 공급 통로(66)가, 스로트 공급 통로(66)로부터 스로트 통로(60)와 실질적으로 동축 방향으로 흡입 챔버(55)를 향해 정렬되는 낮은 제한 “엘보우(elbow)”인 것을 허용한다.
이러한 실시예에서, 스로트 입구 혼의 벨(bell) 주위에 실질적으로 동일한 갭(gap)은 스로트 입구 혼 표면 주위에 실질적으로 동일한 흐름 속도 모두를 생산하도록 동작한다. 이것은 스로트 공급 통로(66)에 접근하는 원하는 선대칭의 흐름 패턴을 제공하는데 있어 유리하다. 비록 스로트 공급 통로(66)가 전체적으로 스로트 입구 혼(62) 뒤편에 있지 않는다고 하더라도, 이러한 넥-다운된 영역은, 흡입 챔버 직경의 대응하는 증가 없이 흐름 영역을 증가시킴으로써 스로트 입구 전이 영역 흐름의 크로스윈드 비대칭(crosswind asymmetry)을 감소시키는 방향으로 도울 수 있다. 완전한 선대칭의 흡입 챔버 설계가 비현실적인 평균 패키징 공간 조건에서, 스로트 입구 혼(62)의 뒤편에서 넥킹(necking )됨에 따른 이러한 흐름 영역의 향상은, 예를 들어 계산을 요구하는 유체 역학 방법과 같은 수리적인 방법으로 최적화된 절충안에서 특정 수치일 수 있다. 도 10의 실시예는 댐핑 오리피스(damping orifice, 48)의 노즐 밀봉 부재(30) 운동 제어 수단과 유체 소통(fluid communication)되는 벤트된 대 대기압(vented-to-atmospheric) 댐핑 저장소(52)를 더 포함한다.
도 11은, 노즐 밀봉 부재(30)의 실린더형 노즐 밀봉 부재 지지부(120)와 노즐 공급 밀봉 구획(118) 사이의 틈을 최소화하기 위해 이용될 수 있는 선택적 파일롯 압력 챔버 씰(128)의 추가를 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(20)을 도시한다. 원한다면, 이러한 씰은 노즐 공급 챔버(32)의 항상-더 높은 압력을 견디도록 배향될 수 있다.
일부 적용에서, 예를 들어 피스톤 냉각 제트 매니폴드 밸브의 개구와 같은 특정 작동 조건 하에서 시스템 전달 흐름 속도를 증가시키기 위하여, 시스템 압력의 자동적인 제어에 근거를 둔 전자 또는 다른 논리(logic)가 필요할 수 있다. 탄성의 압박 부재(44)의 노즐-폐쇄 힘은 예를 들어 전자적 또는 전기 기계적(electromechanical) 가동 장치와 같은 제어 기구에 의해 공급되거나 또는 보충될 수 있다. 도 12는 탄성 압박 부재(44)로 보충되는 것으로 전자 제어 수단(130)을 구비하는 공동 현상의 감소로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(22)을 도시한 것이다. 전자 제어 수단(130)은, 예를 들어 공동 현상의 감소로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(22) 내에 또는 소비성 부하 내에 유체의 압력과 같은 작동 조건을 지시하는 피드백 신호를 제공하는 하나 이상의 센서(미도시)와 커플링될 수 있다. 전자 제어 수단(130)은 노즐 밀봉 부재(30)를 가동할 때 이러한 신호에 대응한다. 또한, 전자 제어 수단(130)은 면(42) 상의 압력에 대응될 수 있으며, 공급 챔버(32)에서의 다량의 압력에 근거하여 가동될 수 있다. 또한, 도시된 것은 전술한 바와 같이 시트 부분(34)와 몸체 부분(40) 사이에서의 노즐 씨링 부재(30)의 넥-다운된 부분(58)이다. 제어 장치(130)는 압박 부재로서 단독으로 이용될 수 있다. 일반적인 전자기장 솔레노이드가 전자적 가동을 위해 이용되나, 제어 힘을 가할 때 연속적인 전력 강하(power draw)는 순(net) 에너지 효율에 있어 비생산적이다. 그러므로, 대안적인 장치의 이용이 바람직할 수 있다.
도 13은 원격 파일롯 압력(124)와 전자 압력 제어 수단(130) 모두를 선택적으로 결합한 것을 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(24)을 도시한 것으로, 상기 결합에 의해 시스템 압력은 시작점 저항-하류 측의 목표를 유지하도록 수동적으로 조종되며, 추가적으로 원할 때 구체적인 목표를 위해 능동적으로 조종될 수도 있다.
도 14는 대안적인 실시예로 스프링(44)의 도움 없이 전자 제어 수단(130)에 의해 노즐 밀봉 부재(30)의 가동을 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(25)을 도시한다. 이러한 실시예에서, 전자 제어 수단(130)은 플런저(plunger, 132)를 포함한다. 플런저(132)는 몸체 부분(40)에 커플링되며 노즐 밀봉 부재(30)의 축과 평행하게 축을 따라 선형으로 이동되도록 배열된다. 이러한 이동은 부재(30)의 밀봉 시트(34)가 노즐 씨트(38)와 접촉하여 안으로 밖으로 이동하는 것을 초래한다.
노즐 공급 챔버(32)에 대한 노즐 밀봉 부재(30)의 밀봉되어 이동하는 기능성이 거의 누설되지 않아야 하는 적용에 있어, 피스톤과 실린더 유형의 기구는 하나 이상의 오링(o-ring) 또는 다른 밀봉 장치와 끼워 맞춰질 수 있다. 노즐 밀봉 부재(30)와 챔버(32)의 밀봉되어 이동하는 기능성이 완전히 누설되지 않아야 하는 다른 적용에 있어, 벨로우즈 유형의(bellows-type) 격막을 포함하는 격막 유형 의(diaphragm-type) 기구를 구비하는 밀봉 이동 부분(36)도 이용될 수 있다. 도 15는 밀봉되어 이동하는 격막 유형을 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(26)을 도시한다. 이 실시예에서, 밀봉 팁(sealing tip, 136)은 노즐 밀봉 부재(30)의 몸체 부분(142)에 커플링 된다. 밀봉 팁(136)은 밀봉 부재(30)가 제1 위치에 있을 때 노즐 시트(38)와 접하는 시트 영역(138)을 포함한다. 또한 격막 부재(140)는 몸체 부분(142)에 커플링된다. 격막 부재(140)는 배출 통로(72)로부터 유체 압력이 동작하는 반응 표면 상에 제공된다. 스프링(44)은 노즐 시트(38)와 접촉하여 밀봉 팁(136)을 바이어스한다.
밀봉 이동 부분(36)의 격막 유형을 갖는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(26)의 다른 유형과 구조가 이용될 수 있다. 예를 들어, 격막 부재(140)는 밀봉 팁(136)에 접착될 수 있거나, 격막에 형성된 돌출부가 밀봉 팁(136) 상으로 끼워 맞추도록 프레스될 수 있다. 이것은 스프링 아내의 제거를 허용할 것이다. 뿐만 아니라, 격막 부재(140) 자체는 분리된 스프링의 제거를 허용하는 압박 부재로서 이용될 수 있다.
도 16은 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(28)을 도시한 것으로, 여기에서, 노즐 공급 공동(cavity)에 대하여 JPV의 노즐 밀봉 부재의 누설 없는 밀봉 이동은 벨로우즈 유형의 격막에 의해 제공된다. 이러한 실시예에서, 스프링(44)은 전술한 바와 같이 몸체 부분(142) 상에서 동작한다. 몸체 부분(142)은 밀봉 몸체(144)에 커플링된다. 밀봉 몸체(144)는 밀봉 부재(30)가 제1 위치에 있을 때 노즐 씨트(38)와 접촉하는 씨트 영역(146)을 포함한다. 밀봉 몸 체(144)는 일반적으로 원뿔 형상이며, 피일롯 직경(150) 내에 축 방향으로 이동하는 파일롯 플랜지 부분(pilot flange portion, 148)을 포함한다. 벨로우즈 부재(152)는 몸체 부분(142)에 커플링된다. 벨로우즈 부재(152)의 작은 직경은 압력 반응 면(42)의 기능적인 영역의 외측면에 나타나고, 따라서 이러한 직경은, 원하는 시스템의 유체 압력 범위를 고려하여, 노즐 시트 직경, 압박 부재의 정지된 힘, 및 힘 변화 비율(예를 들어, 스프링 비)와 같은 구성요소 성질을 메이팅(mating)하는 것과 관련하여 크기를 설정한다. 댐핑 오리피스(154)는 몸체(142)에 대향하여 스프링 포켓(54)에 배열된다. 작동 동안에, 벨로우즈 부재(152)는 압축되고 노즐 공급 챔버(32) 안으로 노즐 밀봉 부재(30) 운동이 가능하도록 축 방향으로 확장한다. 이러한 운동 동안에, 큰 파일롯 플랜지(148)는 격막 OD 영역의 전후로 오일을 “누설할” 수 있다.
도 17은 도 12를 참조하여 전술된 제어 수단(130)과 유사한 전자 제어 수단(156)을 구비하는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템(29)을 도시한다. 제어 수단(156)은 노즐 스프링 부재(30)를 직접적으로 동작시키는 대신에 스프링(44)을 동작시킨다. 제어 수단(156)은, 예를 들어 솔레노이드 또는 스테퍼 모터(stepper motor)와 같이 스프링 지지부(158)를 가동하는 액추에이터를 포함한다. 스프링 지지부(158)는 스위칭 이벤트에 대하여 제1 또는 초기 위치로부터 제2 위치로 제어 수단(156)에 의해 선형으로 이동될 수 있는 스프링 지지 면(160)을 구비한다. 스프링 부재(158)의 이동은, 스프링(44)의 압축량을 변화하며, 따라서 스프링(44)에 의해 제공된 힘의 크기를 변화한다. 예시적인 실시예에서, 스프링 지지부(158)는 추가적인 에너지 소비 없이 제2 위치에서 홀드될 수 있다. 스프링 지지부(158)는, 예를 들어 피스톤 냉각 제트 매니폴드 밸브의 폐쇄와 같은 다른 스위칭 이벤트가 제어 수단(156)으로 하여금 스프링 지지부(158)를 초기 위치로 회복하는 것을 야기할 때까지, 이 위치에서 유지될 수 있다. 이러한 실시예는, 축 방향의 힘을 가하기 위해서 연속적으로 전력을 강하하는 솔레노이드와 같은 전자 제어 대신에, 스테핑 모터(stepping motor)와 같은 일반적으로 능동적 유형의 전자 제어(156)를 이용하는 이점을 제공한다. 이러한 일반적으로 능동적인 전자 제어(156)는, 예를 들어 피스톤 냉각 제트 매니폴드 밸브의 개방과 같이 엔진 삼출량(engine permeability)의 상당한 변화가 발생할 때, 가동될 수 있다. 이러한 유형의 가동은, 더 높은 삼출량 조건하에서 시스템 압력을 유지하는데 이용될 수 있는 원하는 새로운 정도(degree)의 스프링(44) 프리로드(preload)를 초래할 수 있다. 그 후에 스프링(44)의 프리로드는, 시스템 압력 변화에 능동적으로 대응하기 위해, 제어(156)의 필요 없이 유지될 수 있다. 이러한 일반적으로 능동적인 유형의 전자 제어의 이용은, 힘을 가하기 위해 연속적인 전기적 전력을 요구하는 전기적 제어와 비교하여 증가된 에너지 절약의 이점을 제공한다.
도 18은 종래의 PRV-조정된 단일 정변위 펌프의 압력 곡선과 도 1의 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템 ("C-dE-EFPS", 10)의 압력 곡선을 비교한 경험적인 실험 데이터를 도시한다. 실험은, 가설적 높은-속도의 압력 요건을 달성하는데 필요한 것으로, 오직 개별적인 수리학(hydraulics)에서만 상이한 2개의 실험들 사이에서 셋업(setup)된다. PRV 실험 결과는 점선(158)로 형성되는 반면, 유체 펌프 시스템(10)의 예시적인 실시예의 실험 결과는 선(160)으로 형성된다. PRV 시스템은 펌프의 입구로 바이패스 오일은, 일반적으로 "과급(supercharging)"이라 호칭되는 라우팅(routing)에서 펌프의 1㎝ 내에 유리한 방향으로 연료통 업테이크 오일(sump uptake oil)과 병합되어, 직접적으로 다시 재순환한다. 곡선(158)으로부터 도시될 수 있는 바와 같이, PRV-조정된 시스템 압력은 5200rpm 주위에서 시작하는 공동 현상으로 인해 지점(166)에서 내려가기 시작하는 반면, C-dE-EFPS(10)의 입구 가압 이점은 출구 압력이 거의 8000rpm까지 꾸준히 올라가는 것을 가능하게 한다.
도 19는 도 17의 실험 조건에 대하여 실험상의 구동 시스템 전력 소비 곡선을 비교한다. PRV 실험 결과는 점선(168)로 형성되는 반면, 유체 펌프 시스템(10)의 실험 결과는 선(170)으로 형성된다. 가장 자주 이용되는 속도 범위에 걸친 구동 시스템 전력 소비에서 약 19%의 평균 차이는 실제 펌프 전력 소비 차이보다 적게 말한 것이며, 이는 (스핀들 베어링(spindle bearing), 스핀들 씰(spindle seal), 체인(chain), 스프로켓(sprocket), 체인 텐셔너(chain tensioner), 및 체인 가이드(chain guide)로 부터) 구동 시스템 마찰 손실도 이 곡선에 포함되기 때문이다.
공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템은 다수의 적용에서 이용될 수 있다. 도 20은, 도 1 내지 도16에 도시된 설명된 실시예와 같이 적당한 노즐 제트 펌프 밸브(178)와 저장소(180)이 배열된 정변위 펌프(174)를 포함하는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 펌프 시스템(172)이 밸런스 샤프트 모듈 조립체(184)에 연결되는 이러한 일 적용을 도시한다. 정변위 펌프(174)는 석유- 기반의 윤활제와 같은 유체를 필터(194)를 통과하여 엔진(186)으로 전달하는 배출 통로(182)를 포함한다. 정변위 펌프(174)는 정변위 펌프(174)의 작동을 위해 에너지를 제공하는 엔진(186)에 구동되게 연결된다. 연결(176)에 있어서, 정변위 펌프(174)는 기계적으로 연결된다.
모듈 조립체(184)는, 예를 들어 내연 기관과 같은, 엔진(186)에 유체를 전달한다. 예시적인 실시예에서, 각각 연결 로드 조립체(190)을 갖는 하나 이상의 피스톤(188)을 포함한다. 전달되는 유체는 필터(194)에 의해 세정되고, 이후에, 하나 이상의 리턴 통로(return passage, 192)를 통해 저장소(180)로 되돌아가기 전에, 엔진(186)과 모듈 조립체(184) 모두 내에서 이용된다.
여기에서 설명된 실시예는, 정변위 펌프의 작동 속도 범위를 확장할 때 이점이 제공되는 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템을 제공한다. 또한, 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템은, 일반적인 작동 속도 범위를 넘어 정변위 펌프의 구동 전력 소비를 감소할 때 이점을 제공한다. 제트 펌프-보조 재순환을 갖는 정변위 펌프 시스템의 패키징 공간 요구를 최소화할 때 추가적인 이점이 발생되고, 추가적인 이점은 적용 패키징 제한과 관련하여 설계의 유연성을 가능하게 한다. 추가적인 이점은 제조비용을 최소화하도록 제공된다. 또한, 공동 현상의 저지로 에너지 효율이 좋은 유체 펌프 시스템은, 원하는 만큼 정변위 펌프의 출력 압력으로부터 떨어진 수단에 의해 제어가 가능할 때 이점을 제공한다.
여기서 설명된 실시예는 추가적인 향상을 제공하는데, 즉 전술한 종래 기술 의 밸브 구조의 다른 제어 수단들은 더 크며, 따라서 노즐 흐름 용량과 압박하는 힘의 주어진 결합에 대한 패키징성 및 비용과 관련하여 불리하다. 비교해 보면, 여기에서 제공된 실시예는, 노즐 시트 영역과 2개의 피스톤 직경 중 더 작은 것 모두에 의해 종래 기술 구조의 밸브 운동 동기화 압력 영역이 감소되기 때문에, 추가적인 이점을 포함한다. 뿐만 아니라, 이러한 감소된 압력 영역 상에 작용하는 유체 압력은 오직 출력 압력과 입력 압력 사이의 순수한(net) 차이점이며, 여기서 입력 압력은 일반적으로 정(positive)이다. 비교해 보면, 여기에서 제공된 실시예의 밸브 운동 동기화 압력 영역은 오직 노즐 시트 영역에 의해 줄어들며, 이러한 압력 영역 상에 작동하는 유체 압력은 입구 압력에 영향을 주지 않는다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명된다고 하더라도, 다른 실시예, 수정, 및 대체는 본 명세서를 읽을 때 당업자에 의해 명백하게 고려될 수 있다. 본 발명은, 첨부된 청구항과 함께 본 명세서를 읽고 이해할 때 본 발명의 관점 내에서 고려되는 이러한 다른 실시예, 수정, 및 대체까지 포함할 의도가 있다.

Claims (41)

  1. 입구 통로 및 배출 통로를 구비하는 제1 정변위 펌프(positive displacement pump); 및 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브;를 포함하는 펌프 시스템에 있어서,
    상기 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브는,
    상기 배출 통로에 유동적으로(fluidly) 커플링되고, 시트 표면을 갖는 포트(port)를 구비하는 공급 챔버;
    제1 위치에 있을 때 상기 시트 표면에 밀봉하여 접촉하는 밀봉 표면과, 상기 공급 챔버 내에 밀봉하여 배치되고 제1 표면 영역을 구비하는 제1 면 및 대향하는 제2 면을 구비하는 몸체 부분을 구비하는 이동 가능한 밸브 부재;
    상기 제2 면에 커플링되는 압박 부재(urging member);
    상기 포트에 유동적으로 커플링되는 흡입 챔버;
    상기 흡입 챔버 및 상기 입구 통로에 유동적으로 커플링되는 스로트 통로(throat passage);를 포함하고,
    상기 포트와, 상기 흡입 챔버 및 상기 스로트 통로는 상기 입구 통로에 연속적인 일렬의 유체 연결(continuous serial fluid connection)로 배열되는,
    펌프 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브는 상기 제2 면에 유동적으로 커플링 되는 오리피스(orifice)를 포함하는,
    펌프 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오리피스는 대기압에서 벤트되는(be vented),
    펌프 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 대기압에서 벤트되는 것은 대기압에 노출된 오일 저장소와 유체 커플링에 의하는,
    펌프 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압박 부재는 상기 시트에 대하여 상기 이동 가능한 밸브 부재 밀봉 표면을 바이어스(bias)하도록 배열된 스프링인,
    펌프 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압박 부재는 전기 기계적 액추에이터(electromechanical actuator)인,
    펌프시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡입 챔버 및 유체 저장소에 유동적으로 커플링되는 업테이크 통로(uptake passage); 및
    상기 유체 저장소와 상기 입구 통로 사이에 유동적으로 커플링되는 일-방향 체크 밸브(one-way check valve);를 더 포함하는,
    펌프 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스로트 통로는 상기 스로트 통로로 들어가는 흐름의 가속을 완화하기 위한 입구 벨(entry bell)을 포함하며, 상기 입구 벨은 상기 스로트 통로를 둘러싸는 외측 직경보다 더 큰 외측 직경을 구비하는,
    펌프 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브는 상기 몸체 부분에 커플링되는 격판 부재(diaphragm member)를 포함하는,
    펌프 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브는 상기 몸체 부분에 커플링되는 벨로우즈 부재(bellows member)를 포함하는,
    펌프 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 흡입 챔버에 유동적으로 커플링되는 유체 저장소; 및
    상기 유체 저장소와 상기 배출 통로 사이에서 유동적으로 커플링되는 제2 정변위 펌프;를 더 포함하는,
    펌프 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 조정 가능한 노즐 제트 펌프 밸브는 사기 몸체 부재와 상기 공급 챔버 사이에 배치되는 파일롯 챔버(pilot chamber)를 더 포함하는,
    펌프 시스템.
  13. 가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템으로서,
    입구 통로 및 상기 가변하는 소모성 부하와 커플링하도록 배열된 배출 통로를 구비하는 제1 정변위 펌프; 및 상기 입구 통로와 상기 배출 통로 사이에 유동적으로 커플링되는 가변하는 노즐 개구(variable nozzle opening) 영역을 구비하는 제트 펌프 밸브;를 포함하되,
    상기 제트 펌프 밸브는,
    상기 배출 통로에서의 유체 압력 변화에 직접적으로 대응하여 상기 가변하는 노즐 개구의 영역을 변화시키는 수단과,
    상기 가변하는 노즐 개구를 폐쇄하기 위해 부재를 바이어스하도록 배열된 압박 부재와,
    상기 가변하는 노즐 개구 및 유체 저장소로부터 유체를 수용하도록 배열되고, 상기 가변하는 노즐 개구와 인접하는 흡입 챔버, 및
    상기 흡입 챔버에 커플링되고, 상기 저장소 및 상기 가변하는 노즐 개구로부터 유체를 수용하며 상기 수용된 유체를 상기 입구 통로로 이송하도록 유동적으로 커플링되는 스로트 통로를 구비하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가변하는 노즐 개구의 크기를 변화시키는 수단은,
    상기 배출 라인에 직접적으로 유체 연결되는 공급 챔버; 및
    제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능하며, 제2 표면을 갖는 제1 면 및 제1 단면 영역을 갖는 밀봉 부재를 구비하는 밸브 몸체;를 포함하되,
    상기 제2 표면의 영역은 상기 제1 단면 영역보다 크며, 상기 밀봉 부재는 상기 밸브 몸체가 상기 제1 위치에 있을 때 상기 가변하는 노즐 개구와 접하여 이를 폐쇄하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    댐핑 챔버를 더 포함하되,
    상기 밸브 몸체의 일 부분이 상기 댐핑 챔버(damping chamber)의 일 측면의 일 부분을 형성하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 댐핑 챔버에 유동적으로 커플링되는 댐핑 오리피스(damping orifice)를 더 포함하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 댐핑 오리피스는, 대기압에 노출되는 오일 저장소와 유체 커플링(fluid coupling)에 의하여, 대기압으로 벤트되는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    제1 정변위 펌프와 유동적으로 커플링되는 유체 저장소; 및
    상기 유체 저장소와 상기 배출 통로 사이에서 유동적으로 커플링되는 제2 정변위 펌프;를 더 포함하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 밸브 몸체가 상기 제2 위치에 있을 때, 상기 공급 챔버와 유동적으로 커플링되는 바이패스 통로(bypass passage)를 더 포함하는
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 입구 전이 영역에 대향하여 상기 스로트 통로의 일 단부에 인접하는 상기 입구 통로와 상기 저장소 사이에서 유동적으로 커플링되는 일 방향 체크 밸브(one way check valve)를 더 포함하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 밸브는 볼 및 시트 유형 밸브 또는 리드(reed) 유형 밸브인,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 밸브는 실질적으로 컵-형상의 단면을 갖는 부재 및 시트(seat)를 포함하되, 상기 컵 형상은 상기 시트와 밀봉 가능하게 근접하여 상기 컵-형상의 부재의 면 영역(face area)을 배치하기 위해 파일롯 부재를 슬라이딩되게 체결하는 측면을 구비하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 압박 부재는 압축 스프링인,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 압박 부재는 전기 기계적 액추에이터인,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  25. 제14항에 있어서,
    상기 제1 면에 인접하는 파일롯 압력 챔버를 더 포함하되,
    상기 파일롯 압력 챔버는, 상기 공급 챔버로부터 상기 파일롯 압력 챔버로의 흐름을 억제하는 구획 벽(partition wall)을 구비하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 공급 챔버와 상기 파일롯 압력 챔버 사이에 배열되는 씰(seal)을 더 포함하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  27. 제13항에 있어서,
    상기 스로트 통로는 상기 흡입 챔버외 커플링되는 입구 전이 영역을 더 포함하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  28. 제13항에 있어서,
    상기 가변하는 노즐 개구의 영역을 변화시키는 수단은 상기 소모성 부하에서의 유체 압력의 변화에 직접적으로 대응하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  29. 제13항에 있어서,
    제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능한 액추에이터를 더 포함하되,
    상기 액추에이터는 상기 압박 부재와 커플링되고, 상기 압박 부재는 상기 액추에이터가 상기 제1 위치에 있을 때에는 제1 힘을 제공하고, 상기 액추에이터가 상기 제2 위치에 있을 때에는 제2 힘을 제공하는,
    가변하는 소모성 부하용 펌프 시스템.
  30. 정변위 펌프로 유체를 가압하는 단계;
    배출 통로 안으로 상기 유체를 배출하는 단계;
    상기 유체의 일 부분을 상기 배출 통로로부터 직접적으로 밸브 공급 챔버 안으로 흐르도록 하는 단계;
    밸브 몸체 면에 압력을 인가하는 단계;
    상기 밸브 몸체를 이동시키는 단계;
    상기 밸브 공급 챔버에서 포트를 개방하는 단계;
    흡입 챔버 안으로 상기 유체를 배출하는 단계; 및
    상기 흡입 챔버에 의해 저장소로부터 유체를 수용하는 스로트 통로 안으로 상기 흡입 챔버를 가로질러 상기 유체를 주입함으로써, 상기 변위 펌프로 입구에서의 유체 압력을 증가시키는 단계;를 포함하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 출구 통로에서 상기 유체의 압력 변화에 직접적으로 대응하여 상기 포트의 개방 영역을 변화시키는 단계를 더 포함하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 주입된 유체를 향해 상기 흡입 챔버에서 유체를 어덕트(adduct)하는 단계;
    상기 어덕트된 유체와 상기 주입된 유체를 스로트 통로 안으로 흐르도록 하는 단계; 및
    상기 어덕트된 유체와 상기 주입된 유체를 상기 변위 펌프 입구로 흐르도록 하는 단계;를 더 포함하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 포트를 향해 상기 밸브 몸체를 바이어스 하는 단계를 더 포함하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 밸브 몸체를 이동시키는 단계는 상기 배출 통로에서의 압력이 제1 시작점을 넘어서 증가하는 경우에 발생하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 입구에서의 압력이 제2 시작점보다 작은 경우에 상기 입구에 유동적으 로 커플링된 일 방향 밸브를 개방하는 단계를 더 포함하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  36. 제30항에 있어서,
    하나 이상의 피스톤과 연결 로드 조립체(connecting rod assembly)를 구비하는 내연 기관용 밸런스 샤프트(balance shaft)와의 구동 접속 가능성(driving connectivity)에 의해 상기 정변위 펌프에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 내연 기관으로 상기 유체를 이송하는 단계를 더 포함하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  38. 제29항에 있어서,
    압박 부재에 의한 힘을 상기 밸브 몸체로 인가하는 단계; 및
    스위칭 결과(switching event)에 대응하여 상기 힘의 크기를 변화시키는 단계;를 더 포함하는,
    펌프 시스템을 작동하는 방법.
  39. 밸런스 샤프트 조립체;
    입구 통로 및 상기 밸런스 샤프트 조립체와 유동적으로 커플링되도록 배열된 배출 통로를 구비하는 제1 정변위 펌프; 및
    상기 입구 통로와 상기 배출 통로 사이에 유동적으로 커플링되는 가변하는 노즐 개구 영역을 구비하는 제트 펌프 밸브;를 포함하되,
    상기 제트 펌프 밸브는,
    상기 배출 통로에서의 유체 압력 변화에 직접적으로 대응하여 상기 가변하는 노즐 개구의 영역을 변화시키는 수단과,
    상기 가변하는 노즐 개구를 폐쇄하기 위해 부재를 바이어스하도록 배열된 압박 부재와,
    상기 가변하는 노즐 개구 및 유체 저장소로부터 유체를 수용하도록 배열되고, 상기 가변하는 노즐 개구와 인접하는 흡입 챔버, 및
    상기 흡입 챔버에 커플링되고, 상기 저장소 및 상기 가변하는 노즐 개구로부터 유체를 수용하며 상기 수용된 유체를 상기 입구 통로로 이송하도록 유동적으로 커플링되는 스로트 통로를 구비하는,
    내연 기관.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 가변하는 노즐 개구의 영역을 변화시키는 수단은 상기 내연 기관에서의 유체 압력의 변화에 직접적으로 대응하는,
    내연 기관.
  41. 제39항에 있어서,
    제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능한 액추에이터를 더 포함하되,
    상기 액추에이터는 상기 압박 부재에 작동 가능하게 커플링되며,
    상기 압박 부재는, 상기 액추에이터가 상기 제1 위치에 있을 때에는 제1 힘을 제공하고, 상기 액추에이터가 상기 제2 위치에 있을 때에는 제2 힘을 제공하는,
    내연 기관.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8459960B2 (en) * 2009-02-09 2013-06-11 Robert Bosch Gmbh Jet pump assembly
DE102009000943A1 (de) * 2009-02-18 2010-08-19 Robert Bosch Gmbh Einrichtung zur Durchflussmengenbegrenzung an einer Pumpe und Pumpenanordnung mit solch einer Einrichtung
US8726886B2 (en) * 2011-08-24 2014-05-20 Robert Bosch Gmbh Fuel supply system and anti-siphon jet pump
US9441557B2 (en) * 2012-12-13 2016-09-13 Ford Global Technologies, Llc Method and system for vacuum generation
US9435300B2 (en) * 2012-12-13 2016-09-06 Ford Global Technologies, Llc Method and system for vacuum generation
US9353655B2 (en) * 2013-03-08 2016-05-31 GM Global Technology Operations LLC Oil pump control systems and methods for noise minimization
WO2015116480A1 (en) * 2014-01-30 2015-08-06 Carrier Corporation Ejectors and methods of use
CN110821679B (zh) * 2018-08-14 2021-02-05 中国航发商用航空发动机有限责任公司 燃油供油系统、供油方法以及航空发动机
DE112019005806B4 (de) * 2018-11-20 2024-01-25 Walbro Llc Kraftstoffpumpenanordnung mit elektrischer Motorkraftstoffpumpe und fluidgetriebener Kraftstoffpumpe
DE102019126302A1 (de) * 2019-09-30 2021-04-01 Audi Ag Ejektor sowie Brennstoffzellensystem und Kraftfahrzeug mit einem solchen

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US215821A (en) * 1879-05-27 Improvement in injectors and ejectors
US919273A (en) * 1908-05-22 1909-04-20 Gen Fireproofing Co Reinforcing-truss for concrete structures.
US1614574A (en) * 1914-09-14 1927-01-18 Westinghouse Electric & Mfg Co Fluid-translating device
US1350095A (en) * 1918-03-11 1920-08-17 Surface Comb Co Inc Method of and apparatus for unloading pumps
US2135962A (en) * 1937-03-18 1938-11-08 William J Conery Fluid pressure system
US2457388A (en) * 1945-06-27 1948-12-28 Flint & Walling Mfg Co Inc Injector-impeller pump
US3043107A (en) * 1960-01-05 1962-07-10 Jr Alexander B Magaus Variable output hydraulic system using fixed displacement pump and variable opening venturi pump
GB1203377A (en) * 1967-11-13 1970-08-26 Bendix Corp Fluid by-pass valve mechanism including jet fluid pump means
US3922113A (en) * 1972-01-06 1975-11-25 Plessey Co Ltd Metered supply of liquids
US4056334A (en) * 1975-05-12 1977-11-01 Fortune William S Vacuum system
US4033706A (en) * 1975-08-06 1977-07-05 Sundstrand Corporation Fluid delivery system with a jet pump booster and means to maintain a constant rate of flow through the jet nozzle
US4381175A (en) * 1980-09-11 1983-04-26 Kobe, Inc. Jet electric pump
US4408961A (en) * 1982-02-16 1983-10-11 Chandler Evans, Inc. Jet pump with integral pressure regulator
DE3418384A1 (de) * 1984-05-17 1985-11-21 Peter Graf von 8000 München Ingelheim Vorrichtungen zur drehzahlunabhaengigen foerderstromregulierung mit energierueckgewinn bei konstantpumpen - insbesondere bei schmieroelpumpen
DE4138516A1 (de) * 1991-11-23 1993-05-27 Luk Fahrzeug Hydraulik Pumpe
US5918573A (en) * 1997-05-02 1999-07-06 Killion; David L. Energy efficient fluid pump
US7086366B1 (en) * 1999-04-20 2006-08-08 Metaldyne Machining And Assembly Company, Inc. Energy efficient fluid pump
US20020116705A1 (en) * 2001-02-20 2002-08-22 Perlman Stephen G. System and method for processing conditional access data
US6572339B2 (en) * 2001-03-30 2003-06-03 Eaton Corporation Positive displacement fluid pump having improved fill characteristics
US20030136371A1 (en) * 2001-08-09 2003-07-24 David Killion Energy efficient fluid pump system
FR2834016B1 (fr) * 2001-12-21 2004-03-26 Marwal Systems Pompe a jet
US6701715B2 (en) * 2002-05-02 2004-03-09 Honeywell International, Inc. Variable geometry ejector for a bleed air system using integral ejector exit pressure feedback
JP4232484B2 (ja) * 2003-03-05 2009-03-04 株式会社日本自動車部品総合研究所 エジェクタおよび蒸気圧縮式冷凍機
US7192257B2 (en) * 2003-09-12 2007-03-20 Ford Global Technologies, Llc Jet pump for boosting pressure at an inlet supplied from a sump and second fluid source
US7118336B2 (en) * 2003-12-19 2006-10-10 Pratt & Whitney Canada Corp. Pressurized oil supply for propeller engine system
KR101401967B1 (ko) * 2007-12-04 2014-06-27 삼성전자주식회사 암호화된 데이터 스트림의 트릭 플레이 방법 및 장치

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GB0919593D0 (en) 2009-12-23
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